فصلنامة علمی - پژوهشی تحقیقات جنگل و صنوبر ایران

جلد 21  شمارة 2، صفحة 299-286، (1392)

مقایسه تأثیر جنگل‌کاری صنوبر و توسکا بر ویژگی‌های کیفی خاک و ذخیره کربن آلی (مطالعه موردی: ایستگاه تحقیقات صنوبر صفرابسته، استان گیلان)

نسترن پولادی^*1، محمد امیر دلاور²، احمد گلچین³ و عبدالله موسوی کوپر⁴

^1*- نویسنده مسئول، کارشناس ارشد، گروه خاکشناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان.

پست‌الکترونیک: Alice.pouladi@gmail.com

²- استادیار، گروه خاکشناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان

³- استاد، گروه خاکشناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان

⁴- استادیار پژوهش، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان گیلان رشت

تاریخ دریافت: 2/12/90                                                                تاریخ پذیرش: 13/1/92

چکیده

از آنجا که نوع پوشش گیاهی بر ذخیره کربن آلی خاک و خصوصیات کیفی خاک تأثیر بسزایی دارد، بنابراین به­‌منظور بررسی این تأثیر دو منطقه با جنگلکاری 14 ساله خالص صنوبر و توسکا، هرکدام در سه تکرار در ایستگاه تحقیقاتی صنوبر صفرابسته استان گیلان مطالعه شد. برای نیل به اهداف این تحقیق در هر تکرار نیمرخ­های خاک حفر و خصوصیات مورفولوژیکی، فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی در آنها مطابق روش­های استاندارد مطالعه و اندازه­گیری گردید. نتایج نشان داد وزن مخصوص ظاهری، رس قابل انتشار، میانگین وزنی قطر خاکدانه، مقدار کربوهیدرات­ها و مقدار فسفر در دو جنگلکاری دارای تفاوت معنی­داری در سطح یک درصد بودند. در عمق دوم (7 تا 15 سانتی­متر) جنگلکاری صنوبر خاکدانه­های 4-2 میلی­متر و در جنگلکاری توسکا خاکدانه­های 8-6 میلی­متر حداکثر مقدار کربن آلی را دارا بودند. در عمق سوم (15 تا 45 سانتی­متر) جنگلکاری توسکا تفاوتی بین درصد کربن آلی در خاکدانه­ها با اندازه مختلف دیده نشد، درحالی‌که در جنگلکاری صنوبر درصد کربن آلی در خاکدانه­های 8-6 میلی­متر حداکثر بود. مقدار ذخیره کربن در عمق اول (صفر تا 15 سانتی‌متر) جنگلکاری صنوبر و توسکا به­ترتیب 23/1277 و 7/1477 تن در هکتار بود که تفاوت معنی‌داری در سطح یک درصد نشان داد. تنفس میکروبی در هر دو جنگلکاری در عمق اول تفاوت معنی‌داری در سـطح پنج درصـد داشت. یافته‌های این تحقیق نشان داد که نوع پوشش گیاهی تأثیر زیادی بر ذخیره کربن در خاک داشته و از این طریق خصوصیات کیفی خاک را کنترل می­کند. البته جنگلکاری توسکا در مقایسه با صنوبر باعث تجمع کربن آلی بیشتری در سطح خاک گردید.

واژه‌های کلیدی: تنفس میکروبی، کربوهیدرات، وزن مخصوص ظاهری، قطر خاکدانه، رس، فسفر

مقدمه

کیفیت خاک، ظرفیت خاک برای انجام وظایف خود در اکوسیستم، به­عنوان یک جز زنده است (Doran & Parkin,1996). کیفیت خاک مفهومی است که عوامل زیستی، شیمیایی و فیزیکی خاک را در قالب ارزیابی منابع خاکی بیان می­کند (Khormali & Shamsi, 2009).et al. (2010)   Onweremaduگزارش کردند که خصوصیات خاک منعکس‌کننده تأثیر نوع مدیریت اراضی و اقلیم است. تغییر کاربری به­خصوص کشت و کار در اراضی جنگلی تخریب شده به‌سرعت کیفیت خاک را کاهش داده و از آنجا که ترکیبات حساس در اکوسیستم جنگل قادر به تعدیل اثرات عملیات­های کشاورزی بر خاک نیست، کاهش شدید کیفیت خاک ممکن است منجر به از بین رفتن دائمی باروری و حاصل­خیزی در این مناطق شود (Khormali & Shamsi, 2009). البته کاهش ویژگی­های کیفی خاک در اثر فشار جمعیت، مدیریت غیر اصولی و عوامل تخریب محیط‌زیست و منابع طبیعی در کشورهای در حال توسعه باعث از بین رفتن جنگل‌ها، مراتع و پوشش گیاهی طبیعی شده است (Schoenholtz, 2000). نوع کاربری و پوشش گیاهی بر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک­ها اثر می­گذارند. از طرفی مطالعه تأثیر نوع کاربری و پوشش گیاهی بر نحوه عملکرد خاک در اکوسیستم از طریق ارزیابی شاخص­های کیفی خاک امکان‌پذیر است (Lal, 2004_a). خصوصیات فیزیکی در ارزیابی کیفیت خاک اهمیت بالایی دارند، زیرا این خصوصیات پویا بوده و به­وسیله اعمال مدیریت­های مختلف تغییر می­کنند. شاخص پایداری خاکدانه­ها، مقدار ماده آلی و مقدار رس قابل انتشار از شاخص­های مهم در ارزیابی ویژگی­های کیفی خاک به­حساب می‌آیند (Six et al., 2002 ، Six et al., 2004).et al. (2004)   Nael با مطالعه شاخص­های کیفی اراضی جنگلی در استان کهکیلویه و بویراحمد ملاحظه کردند که در اثر تخریب جنگل­های طبیعی منطقه، مقدار کربن خاک از 1/4 درصد در خاک جنگلی به 67/1 در خاک منطقه­ی تخریب شده کاهش یافته است. آنها گزارش کردند که تنفس میکروبی خاک از 41/0 به 19/0 گرم دی­اکسید کربن بر گرم خاک در روز کاهش یافته و میانگین وزنی قطر خاکدانه­ها در مناطق جنگلی حفاظت شده به­میزان قابل توجهی بالاتر از مقدار آن در مناطق تخریب شده است. آنها گزارش کردند که نوع مدیریت با تغییر خصوصیات خاک و تغییرات بیولوژیکی در ناحیه ریشه به­طور مستقیم بر روی توزیع و تأمین عناصر غذایی در خاک اثر می­گذارد.et al. (2010)  Majaliwa گزارش کردند که کشت و کار در اراضی جنگلی باعث از بین رفتن کربن خاک در سال­های اول پس از تبدیل اراضی و به دنبال آن کاهش ازت قابل معدنی شدن می­شود. کربوهیدرات­ها از ذخایر ناپایدار خاک بوده و وظیفه آنها پیوند دادن ذرات در خاکدانه­های پایدار است. این ترکیبات به­علت تأثیر در تشکیل و پایداری خاکدانه­ها، در کیفیت خاک نقش بسزایی دارد (Puget et al., 1999). کربوهیدرات­ها فراوانترین بقایای گیاهی هستند که به­خاک اضافه شده و در حدود پنج تا 25 درصد خاک را کربوهیدرات­ها تشکیل می­دهند، این ترکیبات اغلب به فرم پلی‌ساکارید هستند (Cheshire, 1979). کربوهیدرات­های ناشی از بقایای گیاهی اغلب درشت­تر بوده و در بخش شن قرار می­گیرند، اما کربوهیدرات­های تولید شده توسط فعالیت­های میکروبی ریزتر بوده و در بخش سیلت و رس هستند. این کربوهیدرات­ها در برابر تجزیه مقاوم هستند (Schulten & Leinweber, 2000). محققان مختلف گزارش کرده‌اند که بخش کربوهیدرات قابل عصاره­گیری با آب داغ از کل کربوهیدرات­ها یا کل کربن آلی خاک همبستگی بیشتری با پایداری خاکدانه دارد (Haynes & Beare, 1997).et al. (1991)  Haynes و et al. (2003) Ghani اظهار داشتند که کربوهیدرات‌های قابل عصاره­گیری با آب داغ در پاسخ به تغییرات کوتاه مدت مدیریتی بسیار سریعتر از کربن آلی خاک تغییر می­کنند.Spaccini et al. (2000)  گزارش کردند که کربوهیدرات و مواد هومیکی به‌ترتیب به­عنوان مدلی برای مخزن کربن ناپایدار و بخش پایدار خاک عمل می­کند. به عقیده Jolivet et al. (2002) کربوهیدرات در خاک­ها توسط باکتری­ها، قارچ­ها و موسیلاژ ریشه­ها ایجاد می­شوند. کربوهیدرات و کربن آلی ذره­ای خاک، همانند مواد آلی خاک، شاخص حساسیت خاک به تغییرات کاربری زمین هستند. تغییرات کاربری به­ویژه عملیات کشت و کار و نوع پوشش اراضی مناطق معتدل و گرمسیری اثرات متفاوتی بر نوع ترکیبات ماده آلی خاک دارد (Fallahzadeh & Hajabbasi, 2011 و Guggenberge et al., 1995). البته کربوهیدرات­های برون سلولی جدا شده در تشکیل و تثبیت خاکدانه­های خاک نیز مؤثر هستندChenu, 1992)  & (Robert.

ماده آلی خاک از مهمترین عوامل ارزیابی کیفیت خاک بوده و ارتباط شدیدی با ویژگی­های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک دارد (Gregorich et al., 2006). برآورد ذخیره کربن خاک در مقیاس منطقه­ای، ملی و جهانی بیشترین اهمیت را در ارزیابی تغییرات چرخه کربن دارد (Batjes, 1996). کربن آلی خاک محور اصلی کیفیت و سلامت خاک محسوب می‌شود (Pankhurst et al., 1995). خاک به­عنوان منبع مهم کربن اتمسفری می­تواند با مهار تولید دی­اکسید کربن از پدیده افزایش گازهای گلخانه­ای جلوگیری کند .(Lal et al., 1998) فرایندهایی که دینامیک کربن آلی و کربن معدنی خاک متأثر از آنهاست بسیار متفاوت بوده و بستگی زیادی به شرایط زمین و اقلیم منطقه، نوع عملیات مدیریتی خاک و سیستم­های کشاورزی دارد (Lal, 2005). ورود و خروج کربن تحت تأثیر عوامل زنده و غیر زنده مانند اقلیم، پوشش گیاهی، مدیریت اکوسیستم و مهم­تر از آن ویژگی­های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک قرار دارد (Cui et al., 2005).

ترسیب کربن از طریق ذخیره طولانی‌مدت دی اکسید کربن اتمسفر در ماده آلی خاک، تصاعد دی اکسید کربن به اتمسفر را جبران کرده و به حاصل­خیزی خاک کمک می­کند (Follet & Reed, 2010). پوشش گیاهی به­عنوان بازیگر اصلی چرخه کربن بوده که این عملکرد به­واسطه نقش در فتوسنتز، دینامیک جذب و رهاسازی فصلی و ارتباط بلند مدت با فرایند­های مصرف میان زیست­توده، گیاه و کربن خاک است (Lal, 2004_b; Rees et al., 2005; Lorenz et al., 2008). به­واسطه نقش کلیدی کربن آلی خاک بر خصوصیات فیزیکی خاک، تهیه سوبسترا برای میکروارگانیسم­ها، افزایش ظرفیت بافری و فراهمی عناصر غذایی و جلوگیری از انتشار گازهای گلخانه­ای، مطالعه تغییرات آن بسیار حائز اهمیت است (Chapman et al., 2003). Lobowski et al. (2005) در راستای نیل به اهداف پروتکل کیوتو، در بررسی تغییر کاربری اراضی و تغییر در ذخایر کربن خاک مسئله حبس نمودن کربن به­عنوان یک راهکار برای کاهش گازهای گلخانه­ای به­وسیله جنگلکاری را مورد بررسی قرار داده و اظهار داشتند که حبس نمودن کربن به‌وسیله ترغیب زمین­داران به جنگلکاری و نیز استحصال چوب، از روش­های با صرفه اقتصادی برای رسیدن به اهداف سیاست­های کلان توسعه و حفاظت در برابر تغییرات جهانی اقلیم است. جنگلکاری و احیای جنگل سبب ذخیره دوباره کربن آلی به خاک شده و این موضوع نشان‌دهنده قابلیت سیستم خاک و گیاه برای حبس کربن خاک است.

مدیریت جنگل امروزه می‌تواند یک ابزار قابل قبول برای کاهش خروج دی اکسید کربن اتمسفری باشد (Vesterdal et al., 2008). مطالعات اخیر توجه و علاقه­ی شدیدی را به کشت گونه صنوبر در جنوب شرق ایالات متحده آمریکا به‌منظور تولید سریع چوب به­عنوان انرژی، نشان داده است (Coyle et al., 2006)، و در عین حال تولید بیوماس بالا در سطح خاک در پوشش صنوبر امکان ذخیره کربن بالا در خاک و کاهش خروج دی اکسید کربن به اتمسفر را توسط این پوشش فراهم می­کند. بر این اساس گونه­ها و کلن­های مختلف صنوبر در نقاط مختلف دنیا و ازجمله ایران از سال­های گذشته همواره مورد توجه شدید بخش­های خصوصی و دولتی بوده­اند. در شمال ایران نیز، استان گیلان و به­خصوص بخش­های جلگه­ای آن مورد کشت وسیع صنوبر قرار گرفته است.

ایستگاه تحقیقات صنوبر صفرا­بسته با دارا بودن انواع متنوعی از گونه­ها و کلن­های مختلف صنوبر و پوشش­های جنگلی متفاوت زمینه مطالعه مناسبی را برای بررسی تأثیر نوع پوشش­های مختلف برای ویژگی­های فوق­الذکر فراهم می‌سازد، بنابراین اهداف این مطالعه عبارت است از: 1) مقایسه تأثیر نوع پوشش درختی بر ویژگی­های مختلف کیفی خاک و 2) مقایسه تأثیر نوع پوشش درختی بر ذخیره کربن آلی در منطقه مورد مطالعه.

مواد و روش‌ها

الف- تشریح منطقه مورد مطالعه

منطقه­ مورد مطالعه در ایستگاه تحقیقات صنوبر صفرابسته با موقعیت 49 درجه و 57 دقیقه تا 49 درجه و 69 دقیقه طول­شرقی و 37 درجه و 19 دقیقه تا 37 درجه و 22 دقیقه عرض شمالی قرار دارد. مقدار بارندگی سالانه 1200 میلی­متر و میانگین دمای سالانه 6/11 درجه سانتی­گراد است. رژیم رطوبتی و حرارتی خاک به­ترتیب یودیک و مزیک است. در منطقه مورد مطالعه پوشش­های جنگلی صنوبر و توسکا به­صورت 100 درصد خالص و با نسبت­های مختلف 30 درصد صنوبر و 70 درصد توسکا، 30 درصد توسکا و 70 درصد صنوبر، 50 درصد صنوبر و 50 درصد توسکا هر کدام در سه تکرار به‌صورت طرح بلوک کاملا تصادفی وجود دارد.

ب- نمونه­برداری خاک و تجزیه­های آزمایشگاهی

به­منظور بررسی تغییر ویژگی­های کیفی خاک در دو نوع جنگلکاری، شش نیمرخ خاک حفر و ویژگی­های مورفولوژیکی آنها مطابق روش­های استاندارد تا عمق 150 سانتی­متری مورد مطالعه قرار گرفت (Schoeneberger et al., 2002). نمونه­های دست خورده و دست نخورده از هر افق تهیه شده و در دمای آزمایشگاه هوا خشک شدند. خاک هوای؟ خشک شده هر افق با عبور دادن از سری الک­های 2، 4، 6 و 8 میلی­متری برای جدا کردن خاکدانه­های با اندازه مختلف استفاده شدند. نمونه­های عبور داده شده از الک 2 میلی­متری برای انجام آزمایش­های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی شامل انداره‌گیری کربن آلی به­روش اکسیداسیون مرطوب، کربنات کلسیم معادل به­روش تیتراسیون برگشتی اسید کلریدریک با هیدروکسید سدیم، فسفر قابل جذب به­روش اولسن، واکنش خاک در گل اشباع و هدایت الکتریکی در عصاره گل اشباع مورد آزمایش قرار گرفتند. جرم مخصوص ظاهری با استفاده از سیلندرهای فلزی با حجم مشخص با قطر و ارتفاع پنج سانتی­متر و توزین آنها اندازه­گیری گردید. هدایت هیدرولیکی اشباع به­روش بار ثابت و قانون دارسی، پایداری خاکدانه­ها به­روش الک تر، مقدار آب قابل استفاده از اختلاف رطوبت مزرعه و رطوبت در نقطه پژمردگی گیاه و مقدار رس قابل انتشار پس از به­هم زدن نمونه­های خاک به­مدت یک ساعت در سوسپانسیون یک به ده خاک به آب بدون اضافه کردن کالگون توسط هیدرومتر به­صورت درصدی از کل رس موجود در خاک اندازه­گیری شد (Burt, 2004). مقادیر مختلف کربوهیدرات­های خاک به سه روش آب گرم 25 درجه، آب داغ 85 درجه سانتی­گراد و عصاره­گیری با اسید سولفوریک انجام شد (Puget et al., 1999). تنفس میکروبی خاک به­روش تیتراسیون مورد اندازه­گیری قرار گرفت (Page et al., 1992). تجزیه داده­ها و مقایسه میانگین اثرات نوع توده­های مختلف بر ویژگی­های کیفی خاک در اعماق مختلف با استفاده از نرم‌افزار SPSS نسخه 18 صورت گرفت. آزمون معنی­داری میانگین داده­ها با استفاده از آزمون t-test در دو سطح یک و پنج درصد انجام شد.

نتایج

بر اساس مشاهدات مورفولوژیکی، خاک­های جنگلی در جنگلکاری صنوبر و توسکا به­دلیل داشتن رژیم رطوبتی یودیک و عدم وجود افق­های شناسایی زیرسطحی و مالیک ضخیم در رده اینسپتی­سول و تحت رده یودیک طبقه­بندی شده­اند. افق‌های سطحی خصوصیات و ویژگی­های افق مالیک را تماماً بجز ضخامت کافی داشته و در گروه بزرگ Humudepts طبقه­بندی شده­اند. به­دلیل عدم وجود خصوصیات ویتریک، مواد آتشفشانی، آکوئیک و سایر مشخصه­های دیگر در گروهTypic Humudepts  طبقه­بندی شدند. این خاک دارای یک اپی پدون سطحی تیره رنگ بوده و در حالت مرطوب دارای رنگ 10YR3/3 (قهوه­ای تیره) است که دارای ساختمان مکعبی گوشه­دار در اندازه­ متوسط و درجه تکامل متوسط است. رنگ خاک در حالت مرطوب در این لایه­ها 10YR4/3 (قهوه­ای تا قهوه­ای تیره) است و دارای ریشه­های ریز و خیلی ریز به­مقدار کم تا متوسط است. در قسمت­های زیرین این خاک تجمعات آهن و منگنز به­صورت لکه­های رنگی مشاهده نشد. جدول1 نتایج تجزیه برخی ویژگی­های فیزیکی و شیمیایی خاک و مقایسه میانگین­ها آنها را تا عمق 45 سانتی­متری از سطح خاک در هر دو پوشش جنگلکاری نشان می­دهد.

جدول1- مقایسه میانگین برخی از ویژگی­های فیزیکی و شیمیایی خاک در دو پوشش جنگلکاری صنوبر و توسکا

**: معنی­دار (01/0>p)، *: معنی­دار (05/0>p).

مقدار کربن آلی اندازه­گیری شده در افق­های سطحی جنگلکاری توسکا بیشتر از جنگلکاری صنوبر بود، درحالی‌که در اعماق زیرین این روند کاملاً بعکس شد که احتمالاً به­دلیل تجمع بیشتر کربن آلی در افق­های زیرین این پوشش پهن‌برگ است، با این حال از نظر آماری تفاوت معنی­داری بین آنها دیده نشد. البته در این قسمت از اراضی نوع توده جنگلی تأثیر مستقیمی بر مقدار کربن آلی خاک در هر دو کاربری نداشته است.

نتایج نشان داد که وزن مخصوص ظاهری خاک در عمق صفر تا 15 سانتی­متری از 43/1 در جنگل صنوبر به 19/1 گرم بر سانتی­متر مکعب در جنگل­کاری توسکا کاهش یافته است. در جنگلکاری توسکا به­دلیل بالاتر بودن مقدار مواد آلی جرم مخصوص ظاهری تقریباً 2/1 برابر نسبت به جنگلکاری صنوبر کاهش نشان داد. همچنین میزان هدایت هیدرولیکی اشباع در لایه سطحی پوشش توسکا 78 سانتی­متر بر روز اندازه‌گیری شد که نسبت به جنگل صنوبر 41/1 برابر بیشتر بود (نتایج تجزیه در جدول نشان داده نشده است). بالا بودن میزان هدایت هیدرولیکی اشباع در این پوشش به خاکدانه­های با قطر بزرگ­تر و مقدار کربن آلی بیشتر این نوع جنگلکاری مرتبط است.

مقایسه درصد پایداری خاکدانه­ها در هر دو پوشش نشان داد که پایداری خاکدانه­ها در عمق هفت تا 15 سانتی­متر جنگلکاری صنوبر 92/32 درصد کمتر از جنگلکاری توسکا است، پایین بودن این شاخص احتمالاً به­دلیل نوع ترکیبات آلی در این جنگلکاری و مقاومت آنها در برابر تجزیه میکروبی است.

براساس نتایج به­دست آمده واکنش خاک در جنگلکاری توسکا 35/7 و در جنگلکاری صنوبر 43/7 بود که تفاوت آنها از لحاظ آماری در سطح 5 درصد معنی­دار بود (نتایج ارائه نشده است). در دو پوشش تفاوت معنی­داری در سطح 1 درصد بین مقدار فسفر مشاهده شد، به­طوری‌که در عمق هفت تا 15 سانتی­متری مقدار فسفر در جنگلکاری صنوبر 61/16 و در جنگلکاری توسکا 41/18 میلی‌گرم بر کیلوگرم اندازه­گیری شد.

بررسی تغییرات مقدار کربن آلی در خاکدانه­های مختلف عمق هفت تا 15 سانتی­متری تفاوت معنی­داری را بین دو جنگلکاری در سطح یک درصد نشان داد، به­طوری‌که در پوشش توسکا روند افزایش کربن آلی با افزایش قطر خاکدانه­ها ارتباط مستقیم داشته و بیشترین مقدار کربن آلی در خاکدانه­های بزرگ­تر از 6 میلی­متری مشاهده گردید، درحالی‌که این روند در پوشش صنوبر بعکس بود و بیشترین مقدار کربن در خاکدانه­های با قطر 2 تا 4 میلی­متر دیده شد. مقدار کربن آلی در عمق هفت تا 15 سانتی­متری جنگلکاری توسکا بیشتر از توده صنوبر بود، درحالی‌که این روند در عمق 15 تا 45 ساتتی‌متری کاملاً بعکس بود و تفاوت معنی­داری را بین دو توده نشان نداد که احتمالاً به­دلیل تجمع بیشتر کربن آلی در افق­های زیرین جنگلکاری صنوبر نسبت به توسکا است (شکل1).

شکل1- متوسط مقدار کربن آلی خاک در دو نوع جنگلکاری اعماق اول ( 15-7 سانتی­متر) و دوم (45- 15 سانتی­متر)

نتایج مقایسه میانگین برخی از ویژگی­های آلی و بیولوژیکی در دو نوع جنگلکاری در جدول2 ارائه شده است. اندازه‌گیریهای ازت در هر دو جنگلکاری نشان داد که پوشش توسکا دارای مقادیر بالاتر ازت در هر دو عمق خود است.

جدول2- مقایسه میانگین برخی از ویژگی­های آلی و بیولوژیکی خاک در جنگلکاری­های صنوبر و توسکا

**: معنی­دار (01/0>p)، *: معنی­دار (05/0>p).

بررسی میزان تنفس میکروبی در هر دو جنگلکاری تا 226 روز نشان داد که تنفس میکروبی در هر دو جنگلکاری در عمق هفت تا 15 سانتی­متری دارای تفاوت معنی­داری در سطح پنج درصد بود، درحالی‌که در عمق 15 تا 45 سانتی­متر تفاوت معنی‌داری در بین دو جنگلکاری دیده نشد. شکل2 میزان تنفس میکروبی را در هر دو جنگلکاری در اعماق هفت تا 15 و 15 تا 45 سانتی‌متری نشان می­دهد.

شکل2- میزان کربن متصاعد شده به­صورت دی­اکسیدکربن در اعماق دوم ( 15-7 سانتی­متر) و سوم (45- 15 سانتی­متر) در هر دو جنگلکاری

نتایج اندازه­گیری کربوهیدرات­ها با سه روش مختلف در جدول2 ارائه شده است. در هر دو جنگلکاری مقادیر عصاره‌گیری شده کربوهیدرات در اعماق هفت تا 15 و 15 تا 45 سانتی­متر به­ترتیب در روش عصاره­گیری با آب 25 درجه سانتی­گراد و عصاره­گیری با اسید سولفوریک در سطح احتمال 5 درصد معنی­دار شد. نتایج نشان داد که در عمق هفت تا 15 سانتی­متر هر دو جنگلکاری مقادیر عصاره­گیری با آب داغ 85 درجه سانتی­گراد بیشترین میزان ترکیبات کربوهیدرات را استخراج کرده، این در حالیست که در عمق 15 تا 45 سانتی­متر در جنگلکاری­های صنوبر و توسکا به‌ترتیب روش‌های عصاره­گیری با اسید سولفوریک و آب داغ 85 درجه سانتی­گراد در استخراج کربوهیدرات موثرتر بوده است (شکل3).

شکل3- مقادیر کربوهیدرات عصاره­گیری شده به سه روش آب 25 درجه سانتی­گراد، آب 85 درجه سانتی­گراد و عصاره­گیری با اسید سولفوریک غلیظ در اعماق دوم ( هفت تا 15 سانتی­متر) و سوم (15 تا 45 سانتی­متر)

بر اساس نتایج به­دست آمده همبستگی بین کربوهیدرات عصاره­گیری شده با آب داغ و پایداری خاکدانه­ها در سطح یک درصد معنی‌دار گردید که نشان می­دهد که این ویژگی می­تواند به­عنوان شاخصی از پایداری خاکدانه­های خاک و کیفیت خاک در منطقه مورد مطالعه محسوب شود. 

جدول3- میانگین ذخیره کربن در عمق­های مختلف خاک در جنگلکاری­های توسکا و صنوبر

**: معنی­دار (01/0>p)، *: معنی­دار (05/0>p).

جدول3 میانگین مقدار ذخیره کربن خاک را در عمق­های مختلف در هر دو جنگلکاری نشان می­دهد. نتایج تجزیه و تحلیل آماری مقایسه میانگین داده­ها در لایه­های مختلف نشان داد که تفاوت معنی­داری بین دو نوع جنگلکاری از نظر مقدار ذخیره کربن در اعماق آلی و معدنی خاک وجود دارد. بر این اساس خاک جنگلکاری توسکا ذخیره کربن بیشتری نسبت به جنگلکاری صنوبر در اعماق صفر تا 7 و 7 تا 15 سانتی­متری خاک دارد. مقدار ذخیره کربن در عمق 7 تا 15 سانتی‌متری جنگلکاری توسکا 52/247 تن در هکتار و در جنگلکاری صنوبر 792/220 تن در هکتار بود که اختلاف آنها در سطح آماری 1 درصد معنی­دار بود (شکل4).

شکل4- میانگین مجموع ذخیره کربن در لایه­های مختلف (آلی و معدنی) در دو نوع پوشش جنگلکاری

بحث

مقایسه مقادیر رس قابل انتشار در هر دو جنگلکاری نشان داد که تفاوت این ویژگی در عمق صفر تا 15 سانتی­متر در سطح 1 درصد معنی­دار است. بالا بودن مقدار رس قابل انتشار در جنگلکاری توسکا را می­توان در نتیجه­ی آنیون­های آلی دانست که با افزایش بار منفی ذرات رس و همچنین با کمپلکس کردن کاتیون کلسیم و دیگر کاتیون­های چند ظرفیتی مانند آلومینیوم و در نتیجه کاهش دادن فعالیت آنها در محلول خاک، انتشار رس­ها را افزایش می­دهند (Nelson & Oades, 1999).

تأثیر کاتیون‌های کلسیم به­دلیل ظرفیت بالا و شعاع آبپوشی کم، عامل مهمی در افزایش هماوری خاکدانه‌ها است (Toby O’geen et al., 2007 Lal & Shukla, 2004; Wong et al., 2005 ;). بالاتر بودن مقدار میانگین وزنی قطر خاکدانه­ها در جنگلکاری توسکا نسبت به جنگلکاری صنوبر ارتباط مستقیمی با مقدار ماده آلی این نوع جنگلکاری دارد، به­طوری­که مشاهده می­شود مقدار کربن آلی خاک در جنگلکاری توسکا 34/1 برابر بیشتر از جنگلکاری صنوبر است. (Chaney & Swift (1984 با بررسی میانگین وزنی قطر خاکدانه­ها در 26 نمونه خاک مشاهده کردند که بین این ویژگی و مقدار ماده آلی همبستگی خطی وجود دارد. به‌طوری‌که بالا بودن میانگین وزنی قطر خاکدانه­ها در جنگلکاری توسکا را می­توان به ماده­ آلی بیشتر در این جنگلکاری نسبت داد.

با افزایش مقدار بقایای گیاهی، مقدار ماده­آلی خاک افزایش می­یابد که در نتیجه قدرت نگهداری آب هم افزایش می‌یابد. مواد حاصل از تجزیه مواد آلی سبب چسبیدن ذرات به ­یکدیگر شده و خاکدانه­های پایداری تشکیل می­شود و به این ترتیب مقدار تخلخل درشت در خاک زیادتر شده و مقدار آب نگهداری شده در ظرفیت مزرعه افزایش می­یابد. از آنجا که مقادیر ماده آلی اندازه­گیری شده در جنگلکاری توسکا بیشتر از جنگلکاری صنوبر بود، بنابراین بالاتر بودن مقدار آب قابل استفاده در جنگلکاری توسکا را می­توان به مقدار ماده آلی بیشتر در این جنگلکاری نسبت داد. Makoi et al. (2007) با بررسی خاک­های شمال تانزانیا نشان دادند که هر چه مقدار رس و ماده آلی در خاک بیشتر شود ظرفیت نگهداری آب در خاک افزایش می­یابد. ظرفیت تبادلی کاتیونی موادآلی بیشتر از ظرفیت تبادلی کانی­های رسی است، با افزودن ماده­ آلی به خاک بار منفی افزایش یافته که در نتیجه آن ظرفیت تبادل کاتیونی خاک و ظرفیت نگهداری آب در خاک افزایش می­یابد. در عین حال تفاوت مواد آلی و رس­ها در این است که مواد آلی آب جذب شده را نسبت به رس­ها راحت­تر در اختیار گیاه قرار می­دهد.

نوع سیستم ریشه، مقدار و کیفیت مواد اضافه شده به خاک، فعالیت­های آنزیمی برون سلولی، کلات­های آلی تولید شده در خاک و فعالیت موجودات زنده ازجمله عوامل مهمی هستند که بر مقدار پراکنش فسفر خاک تأثیر دارند (Xiongwen & Bai-Lian, 2003). بر اساس نیمرخ های حفر شده در هر یک از توده­ها، به نظر می­رسد در جنگلکاری توسکا به­دلیل حضور مقادیر فراوان ریشه­های ریز و خیلی ریز در افق‌های سطحی و نیز عدم توسعه و گسترش آنها در قسمت­های زیرین مقادیر فسفر در این جنگلکاری به­مراتب بیشتر از جنگلکاری صنوبر بوده است.

پایداری خاکدانه­های خاک مرتبط با کربن آلی خاک و مقدار کربوهیدرات خاک است. پایداری خاکدانه­ها با گذشت زمان به دنبال تغییر کاربری، احتمالاً به­دلیل وجود مواد آلی تازه مثل کربوهیدرات­ها است (Spohn & Giani, 2011).Kiani et al. (2004) در بررسی کاربری اراضی بر روی خصوصیات خاک کیفی خاک در استان گلستان دریافتند که تنفس میکروبی خاک در اراضی جنگلی بیشتر از اراضی زراعی است.

کربوهیدرات عصار­گیری شده با آب داغ به­عنوان یک شاخص ارزیابی کیفیت خاک در ارتباط با خاکدانه سازی خاک توسط سایر محققان نیز مورد استفاده قرار گرفته است (Yousefi et al., 2008). یکی از دلایل پایداری خاکدانه­ها حضور مواد آلی تازه نظیر کربوهیدرات­ها و کربن آلی است که این دو به­شکل سیگموئیدی با میانگین وزنی قطر خاکدانه­ها ارتباط دارند. برخی از محققان کاهش میانگین وزنی قطر خاکدانه­ها را به­علت تخریب خاکدانه­های بزرگ­تر عنوان کرده­اند (Spohn & Gian, 2011). Onweremad et al. (2010) با بررسی ترسیب کربن در بین خاکدانه­ها با اندازه مختلف به این نتیجه رسیدند که مقادیر بالاتر ماده آلی در خاکدانه­های بزرگ­تر دیده شد.

مقایسه جنگلکاری توسکا و صنوبر حکایت از آن داشت که جنگلکاری توسکا در لایه سطحی خاک کربن آلی بیشتری ذخیره می­کند. از طرفی تأثیر جنگلکاری توسکا بر پایداری خاکدانه­ها، هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، وزن مخصوص ظاهری و درصد کربن آلی خاک در مقایسه با جنگلکاری صنوبر بیشتر بود. بنابراین برای افزایش ترسیب کربن در خاک توصیه می­شود که در مناطق مشابه با محل مطالعه از پوشش جنگلی توسکا استفاده شود. با توجه به اینکه توسکا از گیاهان تثبیت کننده نیتروژن نیز می‌باشد، این امر به افزایش ذخیره نیتروژن آلی در خاک هم منجر شده که می­تواند به بهبود بیشتر شرایط توده بینجامد.

سپاسگزاری

از مدیران محترم دانشگاه زنجان به­‌دلیل حمایت‌های مالی این تحقیق، تشکر و قدردانی می‌گردد.

منابع مورد استفاده

References

- Batjes, N.H., 1996. Total carbon and nitrogen in the soils of the world. European Journal of Soil Science, 47: 151-163.

- Burt, R., 2004. Soil survey laboratory methods manual. Version 4.0. Soil Survey Investigation Report No 42, U.S. Government Print, 735 p.

- Chaney, K. and Swift R.S., 1984. The influence of organic matter on aggregate stability in some British soils. Soil Science, 35: 223-230.

- Chapman, S.J., Campbell, C.D. and Puri, G., 2003. Native woodland expansion: Soil chemical and microbiological indicators of change. Soil Biology and Biochemistry, 35: 753-764.

- Cheshire, M.V., 1979. Nature and origin of carbohydrates in soils. Academic Press, London, 216 p.

- Coyle, D.R., Coleman, M.D., Durant, J.A. and Newman, L.A., 2006. Survival and growth of 31 Populus clones in South Carolina. Biomass Bioenergy, 30: 750-758.

- Cui, X., Wang, Y., Niu, H., Wu, J., Wang, S., Schung, E., Rogasik, J., Fleckenstein, J. and Tang, Y., 2005.  Effect of long-term grazing on soil organic carbon content in semiarid steppes in Inner Mongolia. Ecological Research, 20: 519-527.

- Doran, J.W. and Parkin, T.B., 1996. Quantative indicators of soil quality: a minimum data set. In: Doran, J.W. and Jones, A.J. (eds). Method for assessing soil quality. Soil Science Society of America, special publication, 49: 25-37.

- Fallahzade, J. and Hajabbasi, M.A., 2011. Soil organic matter status changes with cultivation of overgrazed pasture in semi-dry West Central Iran. Soil Science, 6: 114-123.

- Follett, R.F and Reed, D.A., 2010. Soil carbon sequestration in grazing lands: societal benefits and policy implications. Rangeland Ecology and Management, 63: 4-15.

- Ghani, A., Dexter, M. and Perrott, K.W., 2003. Hot- water extractable carbon in soils: a sensitive measurement for determining impacts of fertilization, grazing and cultivation. Soil Biology and Biochemistry, 35: 1231-1243.

- Gregorich, E.G., Beare, M.H., McKim, U.F. and Skjemstad, J.O., 2006. Chemical and biological characteristics of physically uncomplexed organic matter. Soil Science Society American Journal, 70: 975- 985.

- Guggenberger, G., Zech, W. and Thomas, R. L., 1995. Lignin and Carbohydrate alteration in particle- size separate of an Oxisol under tropical pasture following native savanna. Soil Biology and Biochemistry, 27: 1629-1636.

- Haynes, R.J. and Beare, M.H., 1997. Influence of six crop species on aggregate stability and some labile organic matter fractions. Soil Biochemistry, 29: 1647-1653.

- Haynes, R.J. Swift, R.S. and Stephen, R.C., 1991. Influence of mixed cropping rotation (pasture-arable) on organic matter content, stable aggregation and clod porosity in a group of soils. Soil and Tillage Research, 19: 77-87.

- Jolivet, C., Angers, D.A., Chantigny, M.H., Andreux, F. and Arrouays, D., 2006. Carbohydrate dynamics in particle-size fractions of sandy spodosols following forest conversion to maize cropping. Soil Biology and Biochemistry, 38: 2834-2842.

- Khormali, F. and Shamsi, S., 2009. Micromorphology and quality attribute of the loess derived soils affected by land use change: A case study in Ghapan watershed, northern Iran. Soil Science, 6: 197-204.

- Kiani, F., Jalalian, A., Pashaee, A. and Khademi, H., 2004. Effect of deforestation on selected soil quality attributes in loess-derived land forms of Golestan Province, northern Iran. Proceedings of the Fourth International Iran & Russia Conference: 546-550.

- Lal, R., Kimble, J.M., Follet, R.F. and Cole, V.R., 1998. The potential of U.S. cropland to sequester carbon and mitigate the greenhouse effect. Sleeping Bear Press, Chelsea, MI, USA, 128 p.

- Lal, R., 2004_a. Soil carbon sequestration impacts on global climate change and food security. Science, 304: 1623-1626.

- Lal, R., 2004_b. Soil carbon sequestration to mitigate climate change. Geoderma, 123: 1-22.

- Lal, R. and Shukla, M.K., 2004. Principles of Soil Physics. Marcel Dekker, New York, 716 p.

- Lal, R., 2005. Forest soils and carbon sequestration. Forest Ecology and Management, 220: 242- 258.

- Lobowski, R.N., Plantinga, A.J. and Stavins. R.N., 2005. Land use change and carbon sinks: Econometric, estimation of the carbon sequestration supply function. Resource for the Future, Washington, D.C., 51: 135-152.

- Lorenz, K., Lal, R. and Shipitalo, M.J., 2008. Chemical stabilization of organic carbon pools in particle size fractions in no-till and meadow soils. Biology and Fertility of Soils, 44: 1043-1051.

- Majaliwa, J.G., Twongyirwe, R., Nyenje, R., Oluka, M., Ongom, B., Sirike, J., Mfitumukiza, D.E., Azanga, R., Natumanya, R., Mwerera, M. and Barasa, B., 2010. The effect of land cover change on soil properties around Kibale National Park in southwestern Uganda. Applied and Environmental Soil Science, 10: 1-7.

- Makoi, J.H.J.R. and Ndakidemi, P.A., 2007. Reclamation of sodic soils in northern Tanzania, using locally available organic and inorganic resources. African Journal of Biotechnology, 6: 1926 -1931.

- Nael, M., Khademi, H. and Hajabbasi, M.A., 2004. Response of soil quality indicators and their spatial variability to land degradation in central Iran. Apply Soil Ecology, 27: 221- 231.

- Nelson, P.N. and Oades, J.M., 1999. Decomposition of 14C labeled plant material in a salt affected soil. Soil Biology and Biochemistry, 28: 433-441.

- Onweremadu, E., Osuji, G., Eshett, T., Unamba-Oparah, I. and Onwuliri, C., 2010. Soil carbon sequestration in aggregate size of a forested isohyperthermic Arenic Kandiudults. Agriculture Science, 43: 9-15.

- Page, A.L., Miller, R.H. and Keeney, D.R., 1986. Methods of soil analysis. Part 2 - Chemical and Microbiological Properties, 2nd Edition.  Agronomy Society of America. Monogr. 9. ASA and SSSA, Madison, WI. 1159.

- Pankhurst, C.E., Hawke, B.G., Mcdonald, H.J., Kirby, C.A., Buckerfield, J.C.,  Michelsen, P., Obrien, K.A., Gupta, W.S.R. and Doube, B.M., 1995. Evaluation of soil biological properties as potential bio indicators of soil health. Australian Journal of Experimental Agriculture, 35: 1015-1028.

- Puget, .P, Angers, D.A. and Chenu, C., 1999. Nature of carbohydrates associated with water-stable aggregates of two cultivated soils. Soil Biology and Biochemistry, 31: 55-63.

- Rees, R.M., Bingham, I.J., Baddeley, J.A. and Watson, C.A., 2005. The role of plants and land management in sequestering soil carbon in temperate arable and grassland ecosystems. Soil Science Society of American Journal, 56: 125-132.

- Robert, M. and Chenu, C., 1992. Interactions between soil minerals and microorganisms. In: Bollag, J.M., Stotzky, G. (eds). Soil Biochemistry, Marcel Dekker, New York, 7: 307-393.

- Schoeneberger, P.J., Wysoki, D.A., Boenhm, E.C and Broderson, W.D, 2002. Field book for describing and sampling soils. Ver.2.0. Natural resource conservation service. National soil survey center, Lincoln, N.E., 208 p.

- Schoenholtz, S., 2000. A review of chemical and physical properties as indicators of forest soil quality: challenges and opportunities. Forest Ecology and Management, 137: 13-28.

- Schulten, H.R. and Leindweber, P., 2000. New insights into organo-mineral particles: composition properties and models of molecular structure. Biology and Fertility Oils, 30: 399-432.

- Six, J., Conant, R.T., Poul, E.A and Paustian, K., 2002. Stabilization mechanisms of soil organic matter: Implication for C-saturation of soil. Plant and Soil, 241: 155-176.

- Six, J., Bossuyt, H., Degryze, S. and Denef, K., 2004. A history of research on the link between (micro) aggregate, Soil biota and soil organic matter dynamics. Soil & Tillage Research, 79: 7-31.

- Spaccini, R., Piccolo, A., Haberhauer, G. and Gerzabek, M.H., 2000. Transformation of organic matter from maize residues into labile and humic fractions of three European soils as revealed by 13C distribution and CPMAS-NMR spectra. Soil Science, 51: 583-594.

- Spohn, M. and Giani, L., 2011. Impact of land use change on soil aggregation and aggregate stabilizing compound as dependent on time. Soil Biology and Biochemistry, 43: 1081-1088.

- Toby O’geen, A., Prichard, T.L., Elkins, R. and Pettygrove, G.S., 2007. Orchard floor management practices to reduce erosion and protect water quality. University of California, Division of Agriculture and Natural Resources: 1-9.

- Vesterdal, L., Schmidt, I.K., Callesen, I., Nilsson, L.O. and Gundersen, P., 2008. Carbon and nitrogen in forest floor and mineral soil under six common European tree species. Forest Ecology Management, 255: 35-48.

- Wong, V.N.L., Greene, R.S.B., Murphy, B.W., Dalal, R. and Mann, S., 2005. Decomposition of added organic material in salt-affected soils. In 'Cooperative Research Centre for Landscape Environments and Mineral Exploration Regional Regolith Symposia 2005: 10 Years of CRC LEME', Canberra. (Ed. I Roach): 333-337.

- Xiongwen, CH. and Bai-Lian, L., 2003. Change in soil carbon and nutrient storage after human disturbance of primary Korean pine forest in Northern China. Forest Ecology and Management, 186:197-206.

- Yousefi, M., Hajabbasi, M. and Shariatmadari, H. 2008. Cropping system effects on carbohydrate content and water-stable aggregates in a calcareous soil of Central Iran. Soil and Tillage Research, 101: 57-61.